Министерство образования и науки Российской Федерации государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный открытый университет отчёт раздел 4 1

Вид материала

Документы

Содержание Список исполнителей 6.4.1.1.1.1. Исследование процесса поточного разрушения массива ударными инструментами 6.4.1.1.1.2. Ударные исполнительные орган (агрегаты) метательного действия, область их применения 1 плоскопараллельного типа с фронтальным размером каждого инструмента 1,01,53,0 м располагаются вертикально на базе гусеничной Восходящий порядок выемки слоев 6.4.1.1.2.1. НИМ - Применение проходческих машин с рабочим органом ударного действия 6.4.1.1.2.2. Анализ проходки горных выработок проходческими машинами с гидроударниками за рубежом Проходка тоннеля в Риете Тоннель в Понтеббе. Области применения гидравлических ударников Роксон. Другие условия применения стреловой установки с гидроударником Роксон-400 СВЕ. 6.4.1.1.3.1. НОМ – Проходка выработок комбайном КД800Э с опережающей скважиной 1 – пионерные пилот – скважины с радиусом r 1 диаметром 0,3 м по центральной оси штрека и боковые по краям выработок 2 6.4.1.1.3.2. НОМ – Концепция технологии добычи крепких руд выбуриванием скважин 6.4.1.1.4.1. НОМ – Системы разработки рудных залежей большой мощности с применением оборудования с дистанционным и компьютерным Вариант камерной системы разработки с подэтажной отбойкой руды. Вариант этажно-камерной системы разработки с наклонным днищем, выпуском руды через орт и последующей закладкой.

Подобный материал:

• Правила приема в государственное образовательное учреждение высшего профессионального, 314.94kb.
• Министерство транспорта российской федерации федеральное государственное образовательное, 1267.4kb.
• Министерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию, 32.48kb.
• Проект программы 00 45 Регистрация участников Конференции. 45- 10., 38.19kb.
• Федеральное агенство по образованию министерство образования и науки российской федерации, 332kb.
• Правительство Российской Федерации Государственное образовательное бюджетное учреждение, 91.24kb.
• Правительство Российской Федерации Государственное образовательное бюджетное учреждение, 344.56kb.
• Правительство Российской Федерации Государственное образовательное бюджетное учреждение, 371.48kb.
• Программа по дисциплине, 288.37kb.
• Программа по дисциплине, 448.54kb.

Министерство образования и науки

Российской Федерации

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный открытый университет


ОТЧЁТ

раздел 6.4.1.1 «Разработка и внедрение научно-информационных и научно-образовательных материалов для реализации новейших достижений в горной науке и технологиях с целью повышения компетенций в области горного дела молодых специалистов проектной и научно-исследовательской деятельности ФГУП «Гипроцветмет» г. Москвы

(1-е полугодие 2011 г.)


Москва

2011 г.


СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

1. Михайлов Ю.В. – рук., зав. каф. ГЭ и БЖД, проф., д-р техн. наук……..
   
2. Андросова Н.К - проф.каф. ОН и РП……………………………….……..
   
3. Бельков В.И. – проф. каф. Г и Г…………………………………………….
   
4. Бирюков Г.Н - зав.лаб. каф. МД и Г ………………………….……………
   
5. Исаев О.Н. - доцент каф. Т и ТНГП …………………………….…………
   
6. Коворова В.В. - доц. каф. ГЭ и БЖД ……………………………………..
   
7. Кононов В.М. – проф.каф. РМПИ…………………………………………
   
8. Лукина К.И. - зав.каф. ОПИ ……………………………………………….
   
9. Лукин В.Н. – зав.каф. Г и Г…………………………………………………
   
10. Разуваева В.В. – доц. каф. ГМ и ГЭ ………………………………………
    
11. Свидетелева Л.В.- зам.декана………………………………………………
    
12. Смирнов Л.А. - зав.каф. МД и Г ………………………..…………………
    
13. Соловьёва А.В. – диспетчер факультета………………………………….
    
14. Татаринов В.Н. – проф. каф. ГЭ и БЖД …………………………………
    
15. Фурсов Е.Г.- проф. каф. РМПИ …………………………..………………
    
16. Якушкин В.П. - проф. каф. ОПИ …………………………..……………..
    
17. Иванайский А.В.- первый проректор по науч. работе и инновациям.......
    
18. Мальованик Н.В.- зам. директора НТБ........................................................
    
19. Перлова Н.Е. – гл. бухгалтер.........................................................................
    
20. Соловьева Г.Ю. – проректор по учебной работе.........................................
    

РЕФЕРАТ

Ключевые слова: научно- образовательные и научно-информационные материалы по проблемам проходки подземных выработок и разработки месторождений ценных руд с обеспечением экологической безопасности; поточное разрушение; сложная морфология рудных тел, жесткие экологические ограничения; ударные исполнительные органы; скалывание; разрушение горного массива крепких руд выбуриванием скважин; комплексная механизация технологических процессов.

Целью работы является разработка научно-образовательных и научно-информационных материалов по исследованию проблем проведения подземных выработок и разработки месторождений ценных руд с механическим разрушением крепких руд, обеспечивающих максимальное извлечение полезных ископаемых с высокой производительностью и безопасностью труда.

В качестве методов исследований применены обобщение отечественного и зарубежного опыта разработки месторождений в аналогичных условиях, метод физического моделирования; проектная проработка новых технологических схем с применением новейшего горного оборудования.

В отчёте даются результаты исследований опыта разработки месторождений в сложных природных условиях, исследован механизм формирования закладочного массива. Отмечается экологическая безопасность применения систем разработки с закладкой выработанного пространства, обеспечивающих высокий уровень механизации, рост производительности забойного рабочего, снижение потерь и разубоживания руды, максимальное извлечение руды при меняющейся конфигурации и мощности рудного тела; получение высокой прибыли.

Выполненные предварительные расчеты экономической эффективности новых геотехнологий добычи крепких руд показывают, что они являются весьма перспективными.

Полученные результаты исследований рассмотрены на научных семинарах и рекомендованы к практическому использованию при составлении технических проектов.


Содержание

Введение……………………………………………………………………


6.4.1.1.1 Подраздел. Разработка принципов поточного разрушения горного массива……………………………………………………………………….........

6.4.1.1.1.1 НИМ - Исследование процесса поточного разрушения массива ударными инструментами………..................................………..........….

6.4.1.1.1.2. НОМ - Ударные исполнительные орган (агрегаты) метательного действия, область их применения…………………………………..……................................................


6.4.1.1.2 Подраздел. Технология добычи крепких руд скалыванием…………..

6.4.1.1.2.1. НИМ - Применение проходческих машин с рабочим органом ударного действия………………………………………………………………..

6.4.1.1.2.2. НОМ – Анализ проходки горных выработок проходческими машинами с гидроударниками за рубежом…….…….........................................


6.4.1.1.3. Подраздел. Проходка горных выработок и добыча крепких руд бурением скважин большого диаметра………………………….......……....

6.4.1.1.3.1 НОМ – Проходка выработок комбайном КД800Э с опережающей скважиной ……………………………………...........…....….....

6.4.1.1.3.2. НОМ – Концепция технологии добычи крепких руд выбуриванием скважин…………………………………………………….........


6.4.1.1.4. Подраздел Автоматизация и компьютеризация проходческих и добычных горных работ……………………………………………….....…….

6.4.1.1.4.1 НОМ – Системы разработки рудных залежей большой мощности с применением оборудования с дистанционным и компьютерным управлением…………………………………………………...................……….

6.4.1.1.4.2 НИМ – Анализ добычи полезных ископаемых механизированными комплексами КОВ-25, ПВ-1000…………......………….


Введение

Поточная технология проведения горных выработок и добычи ценных крепких руд механическим разрушением обеспечивает высокую производительность, качественное извлечение полезного ископаемого, экологическую безопасность и безопасность жизнедеятельности.

Положительный опыт применения проходки тоннелей ударным разрушающим инструментом позволяет считать, что можно создать экотехнологию добычи крепких руд скалыванием ударным разрушающим инструментом. В первую очередь это касается слоевых системы разработки маломощных и средней мощности крепких руд с углом падения 50^о и более. Очень важным обстоятельством, нацеливающим на необходимость добычи полезного ископаемого с применением ударных установок метательного действия именно слоевыми системами разработки, является то, что эти системы единственные в своем роде обеспечивают добычу с минимальными потерями и разубоживанием руды.

Основные предпосылки создания новой технологии добычи полезного ископаемого с механическим разрушением горного массива следующие:

• наличие значительного объема полезных ископаемых ценных руд в крутопадающих маломощных рудных залежах;
  

• наличие необходимого оборудования для разрушения горного массива, доставки и транспортировки горной массы с достаточной производительностью и в достаточном объеме;
  
• необходимость механизации горно-добычных работ при разработке маломощных месторождений полезных ископаемых;
  
• необходимость обеспечения экологической безопасности экосистем горнодобывающих районов.
  

Наибольшее распространение сплошные системы разработки восходящим, нисходящим и комбинированным порядком нашли при добыче ценных руд Талнахского и Октябрьского месторождений.

Основным отличительным признаком сплошных систем является ведение очистных работ без оставления в выработанном пространстве опорных (жестких) целиков. При применении сплошных систем рудное тело может отрабатываться слоями в определенном порядке (вертикальными прирезками), либо камерами.

Все варианты слоевых систем разработки наибольшим образом отвечают требованиям использования комплекса автоматизированного горного оборудования, включая оборудование с применением дистанционного управления, ЭВМ, ударные установки метательного действия.

Сущность восходящего порядка выемки слоев состоит в том, что рудное тело разделяется на вертикальные ленты, которые отрабатываются слоями снизу вверх с оставлением, между кровлей слоя и закладкой свободного технологического пространства.

Одним из перспективных вариантов подземной добычи ценных руд является добыча крепких руд выбуриванием скважинами большого диаметра. Созданный комбайн КД800Э показал высокую эффективность его применения, возможность применения дистанционного и компьютерного управления. Область его применения и большой диапазон указывают на его перспективность для получения ценных руд с обеспечением высокого качества извлечения полезных ископаемых с одновременной экологической безопасностью.


6.4.1.1.1 Подраздел. Разработка принципов поточного разрушения горного массива

6.4.1.1.1.1. Исследование процесса поточного разрушения массива ударными инструментами

В настоящее время существует и наиболее распространен класс ударных машин так называемого традиционного типа, представляющих собой системы с промежуточной ударной массой, в качестве которой выступает боек (ударник), наносящий удар по инструменту, который, в свою очередь, передает удар на породный массив. В качестве энергоносителя этого класса машин используется сжатый воздух (для машин сравнительно малой энергии удара) и гидравлическая энергия, применяемая в машинах с большой энергией удара. Известно свыше 300 модификаций гидроударных машин. Коэффициент полезного действия ударных машин традиционного типа составляет 0,2…0,6, и поэтому эти машины используются, главным образом, в качестве оборудования, механизирующего вспомогательные процессы. К числу мощных гидроударных машин следует отнести машины фирм «Раммер» (Rammer) и «Крупп» (Krupp), у которых максимальная энергия удара достигает 1,5 10⁴ Дж (1500 кгс·м), масса молота – 7000 кг, масса инструмента – 350 кг. Только в конструкции гидромолота «Крупп» масса инструмента при таких энергиях удара составляет 150 кг.

Увеличение энергии удара гидромолотов связано с ограничением скорости соударения ударника с инструментом, эта скорость не может превышать 15 м/с, так как в противном случае идет разрушение инструмента, хотя нагрузка в породном массиве в этот момент будет несопоставимо мала по сравнению с нагрузкой в инструменте. В одном из экспериментов по разрушению бетона при энергии удара 5,0 кДж в инструменте была зафиксирована нагрузка 600 т, в то время как в массиве рядом с инструментом нагрузка составила всего 20 т. Все сказанное сужает область применения ударных машин с промежуточной ударной массой (ударником) для поточного разрушения крепких пород.

Процесс ударного взаимодействия исполнительных органов породоразрушающих машин с горным массивом характеризуется образованием системы трещин в зоне контакта инструмента с массивом, а также образованием упругой волны (волны напряжений), затухающей по мере распространения ее в массиве. Направление и глубина распространения трещин, размеры откалываемых кусков, а также величина энергетических затрат на упругую волну зависят от энергии удара, прочности массива и параметров режима разрушения.

Ультразвуковое прозвучивание массива (возбуждение волн, измерение скорости и амплитуд) осуществлялось при помощи типовой аппаратуры, представляющей собой переносной сейсмоскоп с генератором ударного возбуждения типа ИПА-59 и электронно-лучевым индикатором. Для излучения и приема ультразвуковых волн применялись специальные пьезопреобразователи, представлявшие собой герметичные стальные стаканы диаметром 40 мм, внутри которых закреплялись пьезопакеты сегнетовой соли, обладающей высоким пьезоэлектрическим эффектом. При заливе бетонного блока пьезопреобразователи были заложены в массив с интервалом 20…70 см на расстоянии 50 см от линии забоя.

Система включала также и сейсмоприемник, передвигаемый вдоль линии забоя с шагом 10 см, что позволяло прозвучивать весь блок. Параметры разрушения блока: толщина стружки по границе 10 до 25 см, угол атаки инструментом 10^о, энергия удара 2,0…7,0 кДж. Возникающие в массиве под действием ударного воздействия микротрещины приводят к снижению скорости ударной волны в массиве.

После отделения этой трещиной куска массива инструмент с большими отжимающими усилиями P_y, вызванными малым первоначальным сечением стружки, стремится вытесниться из забоя, чему препятствуют реакции на штоках инструмента и на направляющих машины, движущейся по жесткой базе. Эти реакции очень быстро приводят к образованию задиров на штоках и выхода их из строя. Несмотря на то, что диаметры штоков, на которых крепился ударный инструмент, составлял в одном варианте 100 мм, а во втором 300 мм разрушение поверхности штоков происходило очень быстро и носило прогрессирующий характер. Сказанное говорит о тех трудностях, с которыми придется сталкиваться при разрушении ударными инструментами породных массивов непрерывными стружками больших сечений для машин, движущихся по жестким направляющим (скребковым конвейерам, балкам агрегатов и т.п.), что указывает на малую перспективу такого метода поточного разрушения породных массивов.

Таким образом, можно утверждать, что гораздо большей перспективой по сравнению с рассмотренным вариантов ударного воздействия инструментом вдоль линии забоя обладает способ не продольного, а поперечного ударного воздействия на плоскость забоя, как это имеет место, например, при ударно-вращательном бурении скважин, которое проверено громадным мировым опытом, и получило широкое применение в практике непрерывного разрушения породных массивов любой крепости и абразивности.

Следует заключить, что при проведении сейсмоакустических экспериментальных исследований на конкретном бетонном блоке при энергии удара до 7,0 кДж в рассматриваемом массиве образуется зона микротрещин, ослабляющих массив, которая распространяется вдоль оси удара на расстоянии до 0,5 м, а перпендикулярно оси удара – до 0,25…0,3 м в каждую сторону.

Сейсмоакустические исследования энергетических потерь при излучении упругих волн в массив показали, что с увеличением энергии единичных ударов с 2,0 до 7,0 кДж относительные потери энергии в упругой волне снижаются с 16 до 9 %. При переходе на энергии удара очень большого уровня такие относительные потери будут незначительными.

6.4.1.1.1.2. Ударные исполнительные орган (агрегаты) метательного действия, область их применения

Традиционные ударные установки, в которых боек наносит удар по инструменту, воздействующему на горную породу, применяются лишь в области механизации вспомогательных процессов и не могут найти широкого применения в горном деле и строительстве из-за сравнительно невысоких значений энергии удара, а также их значительного веса и габаритов. В качестве представителя наиболее мощных ударных установок традиционного типа можно привести, например, гидромолоты фирмы Krupp, у которых при массе установки свыше 7 т. энергия удара составляет менее 15,0 кДж. Причинами таких сравнительно невысоких показателей является малая, ограниченная условиями прочности, скорость соударения бойка и инструмента (не более 15 м/с) и низкий (0,2…0,6) КПД удара.

Указанные недостатки отсутствуют в ударных установках метательного типа, которые берут свое начало с древних времен, когда создавались и успешно применялись штурмовые ударные установки для разрушения крепостных стен многометровой толщины.

Применительно к горному делу использование мощных ударных исполнительных органов метательного типа, согласно исследованиям, позволит избавиться от буровзрывных работ, от цикличной технологии, перейти на поточные технологии на породах любой крепости, увеличить производительность разрушения пород, снизить себестоимость продукции, увеличить прибыль горных предприятий, улучшить экологическую ситуацию в районе ведения горных работ.

Большие возможности применения в горном деле и строительстве ударных установок метательного действия появились в связи с применением в них в качестве аккумулятора потенциальной энергии упругих силовых оболочек со стальным кордом, работающих под давлением до 1…5 МПа. В промышленности силовые оболочки (автомобильные и авиационные шины, амортизаторы в автобусах и троллейбусах) работают в течение длительного времени при давлении воздуха до 1,0…1,2 МПа.

Если, например, такая оболочка из резинокорда в форме сильфона имеет опорную поверхность площадью 1 м² и под давлением 5 МПа совершает работу на пути длиной 1 м, то при этом высвободится потенциальная энергия равная 510⁶ Дж, которая в ударном исполнительном органе метательного типа превратится в сопоставимую кинетическую энергию удара. Масса известных оболочек этого типа невелика и составляет не более 100 кг.

Источником энергии ударного исполнительного органа метательного типа является силовая оболочка (пневмопружина) 3 сильфонного типа, которая может быть как круглого, так и квадратного, прямоугольного, кольцеобразного, дугообразного и т. д. сечений. Стабилизация давления воздуха в оболочке при ее расширении достигается применением ресивера 2. Для увеличения поперечной прочности пневмопружины, увеличения устойчивости ее движения и, при необходимости охлаждения используются стальные бандажи 4.

Взведение системы в предударное состояние производится гидроцилиндром путем сжатия пневмопружины (в общем виде гидроцилиндров может быть несколько). Для удержания билы в предударном положении используется стопорное устройство. Для взведения пневмопружины в предударное положение могут быть применены не только гидроцилиндры, но и разного рода механические устройства - цепные, рычажные, кулачковые и т.д., которые позволяют в ряде случаев исключить стопорные устройства. Возвратно-поступательные движения гидроцилиндров регулируются блоком управления. Управление энергией удара билы производится блоком управления за счет регулирования давлением воздуха в пневмопружине регулятором.

Процесс разрушения горных породных массивов ударными исполнительными органами метательного типа в первом приближении можно рассматривать как процесс дробления, аналогичным тому, что встречается в ударных дробилках. При этом скорость ударного воздействия билы на массив может достигать как и в дробилках 60…120 м/с. В качестве материала для ударных бил, способного работать на указанных скоростях, может применяться, например, марганцовистая сталь.

В отличие от существующего процесса дробления в современных дробилках, в технологии ударного дробления породного массива реализуется не беспорядочное произвольное воздействие билы на разрушаемый массив, а упорядоченный процесс, организованный по типу ударно-вращательного бурения скважин. Нанесение удара производится с оптимальным шагом от уступа, образованного предыдущим ударом. Это вызывает гарантированный скол с последующей зачисткой остающейся после удара части забоя, что в свою очередь можно производить специальным статическим инструментом (группой зубков, ножом - скалывателем и т.д.)

Так как запас энергии удара у таких исполнительных органов может быть весьма значительным, потребуется привлечение микропроцессорных технологий для установления оптимальных режимов работы машин, оснащенных такими исполнительными органами. Представляется, что возможны следующие оптимальные режимы работы ударных исполнительных органов, имеющие функцией цели: 1 - максимальную производительность процесса разрушения; 2 - минимальную энергоемкость процесса; 3 - рациональную крупность фракции продукта, получаемого при разрушении породы.

Компоновочные схемы ударно-вращательного органа и базовой машины могут быть весьма разнообразны, например схемы рабочего органа и схемы обработки забоя при проведении безвзрывным способом выработки круглого сечения по крепким породам.

Согласно экспериментальным данным, полученным по результатам работы ударных дробилок, можно ожидать, что энергоемкость оптимально организованного дробления пород при энергии удара 1,510⁶ Дж составит 1,5 кВтч/м³. Для исполнительного органа, работающего с частотой 0,5 Гц, это будет соответствовать скорости проходки 50 м/ч без учета процесса погрузки и транспортирования отбитой горной массы. Аналогичным способом может быть организовано прохождение выработок прямоугольного и трапециевидного сечения. Следует отметить, что стенки проходимых выработок при этом способе проходки будут менее нарушены, чем в случае традиционного применения буровзрывных работ. Наклон исполнительного органа под углом α позволяет иметь область А, где может производиться погрузка отбитой горной массы. Расчетная скорость проведения траншеи ударным исполнительным органом с энергией удара 1,510⁶ Дж и частотой ударов 0,5 Гц может достигать 300 м/ч.

Исполнительные органы - установки метательного действия 1 плоскопараллельного типа с фронтальным размером каждого инструмента 1,01,53,0 м располагаются вертикально на базе гусеничной платформы 4, образуя общий фронт шириной 6 м. Шаг скалывания b, определяющий расстояние от края уступа до следующей линии нанесения удара билой с длиной ребра 1500 мм, определяется в зависимости от свойств массива. При энергии удара одной билы 1,510⁶ Дж по результатам работы ударных дробилок можно ожидать, что произойдет откол части массива объемом не менее 0,3 м³ за цикл или 1,2 м³ породы для четырех било. Если частота работы бил будет 0,5 Гц, то за час непрерывной работы будет отбито от массива не менее 2000 м³ породы или 6000 тонн горной массы. Дробленая горная масса от разрушаемого слоя убирается скреперным ножом. Всем процессом управляет один машинист.


6.4.1.1.2. Подраздел. Технология добычи крепких руд скалыванием


Наибольшее распространение сплошные системы разработки восходящим, нисходящим и комбинированным порядком нашли при добыче ценных руд Талнахского и Октябрьского месторождений.

Основным отличительным признаком сплошных систем является ведение очистных работ без оставления в выработанном пространстве опорных (жестких) целиков. При применении сплошных систем рудное тело может отрабатываться слоями в определенном порядке (вертикальными прирезками), либо камерами.

Все варианты слоевых систем разработки наибольшим образом отвечают требованиям использования комплекса автоматизированного горного оборудования, включая оборудование с применением дистанционного управления, ЭВМ, ударные установки метательного действия.

Восходящий порядок выемки слоев может применяться при разработке слабо и средне нарушенных руд, т. е. в горно-геологических условиях, при которых обеспечивается устойчивость стен и кровли горной выработки при её проходке. Участки сильно нарушенных, неустойчивых при обнажении руд необходимо отрабатывать слоями нисходящим порядком. В случае, когда боковые стены обладают достаточной устойчивостью, а кровля сложена трещиноватым горным массивом, применима слоевая выемка комбинированным порядком. При комбинированном порядке отработки в первую очередь отрабатывается подкровельный участок рудного тела. После упрочнения подкровельного слоя твердеющей закладкой разработку выполняют восходящим порядком, начиная с нижней границы рудного тела.

Рассмотрены сплошные системы разработки месторождений полезных ископаемых горизонтальными слоями восходящим порядком на примере Норильского ГОКа.

Сущность восходящего порядка выемки слоев состоит в том, что рудное тело разделяется на вертикальные ленты, которые отрабатываются слоями снизу вверх с оставлением, между кровлей слоя и закладкой свободного технологического пространства.

Расстояние между очистными выработками соседних панелей (в плане) не должно превышать ширины трех лент. На отдельных участках указанное расстояние может быть увеличено. Очистные выработки могут ориентироваться как по падению, так и по простиранию рудного тела с движением фронта очистных работ перпендикулярно ориентировке очистных выработок.

Длина очистных выработок (панелей, выемочных участков) устанавливается проектом с учетом технологических условий. Рудные тела должны отрабатываться расходящимися от разрезной ленты фронтами очистных работ.